世界各地越来越多的和研究小组正在开发基于复合材料的柔顺传感器,这些传感器可以有广泛的可能应用。 复合材料,即由两种或两种以上物质制成的复合材料,往往具有独特和有利的性质,不同于它们各自的组成部分。
过去的研究发现,含有聚合物基质和导电填料的复合材料对于柔顺传感器的发展特别有希望,因为它们可以在大尺度上打印.. 由这类材料制成的传感器的一个关键优点是它们可以集成在几何复杂或灵活的系统中,例如可穿戴设备和软机器人..
耶鲁大学的研究人员最近提出了一种方法,可以为软机器人应用可持续地制造柔顺传感器。 这种方法,在一篇科学机器人论文中提出,涉及使用乙醇基Pickering乳液自发凝固,创造一种导电复合材料,可以很容易地打印在软机器人系统上。
研究人员在他们的论文中写道:“印刷复合材料通常需要使用溶剂,如甲苯或环己烷,以溶解聚合物树脂,并将材料稀释成可打印的粘度。” “然而,这种溶剂会导致大多数聚合物基体的膨胀和分解,限制了复合材料的用途。 此外,许多常规溶剂具有毒性或对健康造成危害。
耶鲁大学的研究人员意识到在使用溶剂印刷复合材料时遇到的挑战,设计了一种新的方法,可以更有效和更可持续地制造传感器。 他们制定的策略是基于使用乙醇基Pickering乳液,该乳液自发凝固,创造出一种导电复合材料,可以打印成不同类型的传感器..
研究人员在论文中写道:“Pickering乳液由导电纳米粒子在乙醇载体中稳定的乳化聚合物前驱体组成。” “乙醇蒸发后,前体被释放,然后结合在纳米粒子网络中,并在与大气水分接触时自发聚合。
一旦他们描述了他们的新传感器制造策略,研究人员将自凝皮克林乳液打印成许多聚合物系统,包括传统的纺织材料和软致动器。 他们使用的导电物质赋予了这些系统传感能力,从而产生了不同类型的柔顺传感器。
到目前为止,研究人员已经使用他们的制造方法来制造复合注入的运动学磁带,膝盖垫和棉手套。 他们还采用同样的策略,通过在薄纱织物上打印导电乳液并在其上附加执行器来制造被称为OmniSkins的软机械皮。
在初步测试中,研究人员开发的基于Pickering乳液的传感系统实现了显著的应变灵敏度和可忽略的迟滞,这对于大多数可穿戴技术和软机器人应用来说是非常理想的性能。 在未来,本文引入的新的制造策略可以促进更可持续地开发创新和高性能的传感技术,包括软机器人皮肤和具有传感能力的服装项目。
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